DE19531393A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Produktproben aus dem Prozeßraum eines Extruders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Entnahme von Produktproben aus dem Prozeß­ raum eines Extruders.

Die kontinuierliche Aufbereitung und Verarbeitung von Kunststoffen erfolgt heute nahe zu ausschließlich auf Schneckenmaschinen unterschiedlichster Bauarten wie beispielsweise Einwellen-, Gleichdralldoppelschnecken- oder Gegendralldoppelschneckenextrudern. Dabei werden an ein- oder mehrphasigen Systemen, mit reaktiven oder nichtreaktiven Komponenten, verschiedene verfahrens­ technische Schritte, wie beispielsweise Dosieren, Be­ schicken, Aufschmelzen, Entgasen, Mischen und Dispergie­ ren, durchgeführt, um am Extruderaustrag ein Zwischen- oder Endprodukt mit optimalen Produkteigenschaften zu erzielen.

Bei diesen Prozessen werden zwar die meisten Prozeßpara­ meter, wie beispielsweise Massedurchsatz, Wellendrehzahl und -drehmoment, Gehäusetemperaturen, Massedrücke und -temperaturen registriert und überwacht. Dagegen kann jedoch der Zustand des Aufbereitungsproduktes, wie Pla­ stifiziergrad, Misch- und Dispersitätsgrad, Vernetzung oder Degradation, Reaktionszustand oder Konzentrationen von Restkomponenten bei Entgasungsprozessen in der Regel erst nach dem Austrag aus dem Extruder ermittelt werden. Bezüglich des Aufbereitungs- oder Verarbeitungszustandes ist der Extruder weitestgehend als "black box" zu be­ trachten.

Zur Untersuchung der Mechanismen in den verschiedenen Extruderabschnitten, wie beispielsweise der Wirkungs­ weise von Schnecken-, Knet-, Misch- und Scherelementen, Entwicklung neuer Aufbereitungsprozesse auf Labor­ maschinen, Entwicklung neuer Stoffsysteme, Optimierung von Produkteigenschaften oder Prozeßabläufen, Versuche auf Labormaschinen zum Scale-up auf Produktionsmaschinen bis hin zur On-Line-Qualitätsüberwachung an Produktions­ anlagen ist jedoch die Kenntnis des aktuellen Ver­ arbeitungszustandes von entscheidender Bedeutung. Um einen funktionellen Zusammenhang zwischen Größen des Verarbeitungszustandes bzw. Qualitätsmerkmalen oder -eigenschaften einerseits und den verfahrenstechnischen Prozeßparametern andererseits ermitteln zu können, müssen diese Größen längs des Extruders erfaßt werden können. Während des Betriebs des Extruders werden die unabhängigen verfahrenstechnischen Prozeßparameter vor­ gegeben, wie beispielsweise die Eigenschaften des Aus­ gangsproduktes, der Massedurchsatz, die Schnecken­ drehzahl sowie die Gehäusetemperaturen. Die abhängigen Parameter, wie Massedrücke und -temperaturen, werden meßtechnisch erfaßt. Der qualitative Zustand des auf­ zubereitenden Produktes wird jedoch meist erst nach dem Austrag untersucht. Um eindeutige Zusammenhänge zwischen Größen des Verarbeitungszustandes einerseits und den verfahrenstechnischen Prozeßparametern andererseits er­ mitteln zu können, müssen Produktproben unmittelbar aus dem Prozeßraum entnommen werden. Besonders wichtig ist hierbei, daß die Proben innerhalb einer sehr kurzen Zeit entnommen und fixiert werden können, da sich der Stoff­ zustand oftmals mit der Zeit ändert. So ist beispiels­ weise bekannt, daß sich der morphologische Zustand von Partikeln in Polymerschmelzen mit der Abkühldauer durch Koaleszenzprozesse ändern kann und dadurch das Ergebnis verfälscht wird. Dies bedeutet, daß die morphologischen Zustände nur dann den verfahrenstechnischen Prozeßpara­ metern zugeordnet werden können, wenn die Probeentnahme­ zeit sehr kurz ist und die Probe sofort fixiert werden kann, wie beispielsweise bei Polymerschmelzen durch aus­ reichend schnelles Abkühlen. Auch Reaktions- oder Diffu­ sionsprozesse können noch unkontrolliert ablaufen, wenn sie nicht durch geeignete Maßnahmen nach der Probeent­ nahme sofort gestoppt werden.

Bisher sind nur wenige Verfahren zur Untersuchung des Stoffzustandes des zu verarbeitenden Produktes längs des Prozeßraums eines Extruders bekannt.

Bei einem bekannten Verfahren wird ein Spezialgehäuse­ modul verwendet, mit dem nach Extruderstopp innerhalb eines Zeitraums von zwei Minuten eine Polystyrolschmelze von 200°C auf die Glastemperatur von 90°C abgekühlt werden kann (Bordereau, V.; Shi, Z.; Utracki, L.A.; Sammut, P.; Carrega, M.; Developement of Bolymer Blend Morphology During Compounding in a Twin-Screw Extruder, Part III; Experimental Procedure and Preliminary Results, Polym. Eng. Sci. 32(24), S. 1846-1856; 1992). Hierbei wird nach dem Abkühlen der Gehäusemodul geöffnet und es können Materialproben zu morphologischen Unter­ suchungen entnommen werden. Von erheblichem Nachteil ist hierbei die lange Gesamtentnahmezeit, die für das Ab­ kühlen und das Öffnen des Gehäusemoduls benötigt wird.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird der Extruder gestoppt, alle Extrudergehäuse mit Wasser abgekühlt und die Schnecke gezogen. Sodann werden aus den Schnecken­ kanälen Materialproben entnommen (Lim, S.; White, J.L.; Developement of Phase Morphology of a Polyethylen- Polyamide 6-Blend in a Modular Co-rotating Twin Screw Extruder; Intern. Polymer. Processing VIII 2, S. 119-128; 1993).

Bei einem anderen entsprechenden Verfahren wurde zur Untersuchung des Aufschmelzzustandes von Poly­ merschmelzen ein Einwellenextruder verwendet (Maddok, B.H.; Technical Papers, Volume V, 15 Annual Technical Conference, Soc. Plastics Eng., New York; January; 1959 und Street, L.F.; International Plastics Eng., 1, 289; 1961).

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird der Extruder gestoppt, der gesamte Gehäusekomplex abgezogen und ent­ weder sofort eine Materialprobe aus dem Schneckenkanal entnommen und abgekühlt oder es wird die gesamte Schnecke mit dem in den Schneckenkanälen befindlichen Produkt abgekühlt (De Loor, A.; Cassagnau, P.; Michel, A; Vergnes, B.; Morphological Changes of a Polymer Blend into a Twin-Screw Extruder; Intern. Polymer. Processing IX 3, S. 211-218; 1994).

Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Extruder mit Klappgehäuse verwendet wird (Sundararaj, U.; Macosko, C.W.; Rolando, R.J.; Chan, H.T.; Polym. Eng. Sci. 32 (24), S. 1823; 1992). Dieser Extruder wird bei konstanten Prozeßbedingungen gestoppt. Anschließend wird das Gehäuse aufgeklappt und es werden Proben von definierten Positionen der Schnecke entnommen. Der Zeitraum vom Stoppen des Extruders bis zur Fixierung der Polymerschmelzen in flüssigem Stickstoff beträgt 40 bis 60 Sekunden. Auch hierbei ist die Probeentnahmezeit noch zu lang.

Bei allen vorgenannten bekannten Verfahren ist von ent­ scheidendem Nachteil, daß der ansonsten kontinuierliche Prozeß zwecks Probeentnahme unterbrochen werden muß. Daher sind diese Verfahren nur bei kleinen Labor­ maschinen und nicht bei Produktionsanlagen praktikabel.

Einen anderen Weg beschreitet ein weiteres bekanntes Verfahren (Nishio, T.; Suzuki, Y.; Kojima, K.; Kakugo, M.; Journal of polymer Engeneering, 10, Nos. 1-3; 1991. Hierbei wird ein Spezialgehäusemodul mit einem Auslaß­ kanal verwendet, wobei eine Polymerschmelze durch den Massedruck aus dem Extruder ausfließen kann. Der Auslaß­ kanal besteht aus einer horizontalen Bohrung, in der ein Verschlußstopfen mit einem Spindelantrieb so geführt werden kann, daß er die Öffnung zum Prozeßraum freigibt oder verschließt. Der aus dem Prozeßraum führende Kanal zweigt nach einer kurzen Strecke nach unten ins Freie ab, so daß beim Zurückziehen des Kolbens die Öffnung zum Prozeßraum und die Abzweigung freigegeben werden. Dadurch wird ein durchgängiger Kanal geschaffen. Dieses Verfahren hat gegenüber den vorgenannten bekannten Verfahren den Vorteil, daß der Betrieb des Extruders nicht unterbrochen werden muß und daß zu beliebigen Zeitpunkten eine Probe gezogen werden kann. Weiterhin können, wie bei einem der vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren, mehrere solcher Module längs des Extruders gleichzeitig angeordnet werden, um an verschiedenen Stellen Proben zu entnehmen.

Von erheblichem Nachteil ist jedoch, daß im Prozeßraum ein genügend hoher Druck existieren muß, um einen Pro­ duktstrom ins Freie zu ermöglichen. Dies bedeutet, daß entweder eine Auslaßstelle nur dort angeordnet werden kann, wo im Extruder aufgrund des Prozesses ein Druck existiert oder ein Druck zum Zweck der Produktentnahme zwangsweise aufgebaut wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß entweder die Schneckenkonfiguration im Bereich der Auslaßöffnung, beispielsweise durch Stauelemente, modifiziert wird oder die Fahrbedingungen des Extruders so abgeändert werden, daß in diesem Bereich Druck entsteht, wie beispielsweise Reduzierung der Ex­ truderdrehzahl oder Erhöhung des Durchflusses. In beiden Fällen wird in den Aufbereitungs- oder Verarbeitungs­ prozeß so eingegriffen, daß der Zustand der Produktprobe durch diese Maßnahmen erheblich beeinflußt wird. Die Verweilzeit im Auslaßkanal ist außerdem vom Querschnitt und der Länge des Kanals sowie der Viskosität des Produktes und dem Druck im Prozeßraum abhängig. Bei hochviskosen Stoffen muß unter Umständen ein erheblich hoher Druck im Prozeßraum aufgebaut werden, der bei kleinem Widerstand des Auslaßkanals zwar kurze Verweil­ zeiten bis zum Austritt ermöglicht, jedoch die Haupt­ masse des Produktes aus dem Extruder an dieser Stelle herausführt oder, bei kleinem Querschnitt und damit hohem Widerstand des Auslaßkanals, eine zu lange Ver­ weilzeit existiert, die wiederum zu Änderungen des morphologischen Zustandes führt. Ein weiterer erheb­ licher Nachteil besteht darin, daß der Auslaßkanal zwischen zwei Probeentnahmen nicht gereinigt werden kann und sich altes und neues Produkt im Auslaßkanal ver­ mischt und dadurch die Sicherheit der Probe überhaupt in Frage gestellt wird. Selbst bei langen Öffnungszeiten und dadurch langen Spülzeiten liegen wegen der para­ bolischen Geschwindigkeitsverteilung im Auslaßkanal sehr unterschiedliche Verweilzeiten vor, weil die Geschwin­ digkeit zur Wandung des Kanals auf Null abfällt und damit die Verweilzeit der Randschichten gegen Unendlich geht. Da diese Randschichten nicht abgekühlt werden können, um ein Einfrieren des Produktstromes zu vermeiden, wird der morphologische Zustand - bei Polymeren wegen Degradation auch die Molekular­ gewichtsverteilung des Produkts - erheblich verändert und die Untersuchungsergebnisse dadurch verfälscht. Weiterhin wird durch die Strömung im Auslaßkanal die Struktur der Probe verändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entnahme von Produktproben aus Druckzonen oder teilgefüllten Zonen des Prozeßraums eines Extruders unter Beibehaltung des stabilen Betriebzustandes und unabhängig von der verwendeten Schneckenkonfiguration zu ermöglichen, und zwar innerhalb kürzester Zeit. Hierbei soll gewähr­ leistet sein, daß die Produktproben nicht mit Rest­ material früher gezogener Proben vermischt werden. Ferner soll sichergestellt sein, daß alle Partikel einer Produktprobe die kürzeste Entnahmezeit aufweisen und daß die Struktur der Produktproben durch die Entnahme nicht verfälscht wird. Außerdem soll der Zustand jeder Podukt­ probe gegebenenfalls schnellstens fixiert werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art darin,

• - daß ein in dem Gehäuse oder in einem Gehäusemodul des Extruders vorgesehener, von dem Prozeßraum ins Freie führender Auslaßkanal durch Zurückschieben eines längs der Achse des Auslaßkanals verschiebbaren Profil­ verschlußkolbens geöffnet wird, so daß eine Produkt­ probe durch eine in dem Prozeßraum vorgesehene Auslaß­ öffnung in den Auslaßkanal gedrückt wird,
• - und daß sodann mittels eines Ausstoßkolbens, der in einem den Auslaßkanal kreuzenden Ausstoßkanal geführt ist, die Produktprobe ins Freie gedrückt wird.

Dadurch, daß die Produktprobe mittels eines Ausstoß­ kolbens ins Freie gedrückt wird, ist kein hoher Druck im Prozeßraum erforderlich, damit die Produktprobe ins Freie gelangen kann, wie dies bei bekannten Verfahren der Fall ist und wobei die Probeentnahmezeit möglicherweise schon unzulässig groß sein kann. Ferner ist gewährleistet, daß die Produktprobe tatsächlich ins Freie gelangt. Bei bekannten Verfahren ist dies nicht gewährleistet, insbesondere bei Teilfüllung im Prozeßraum, weil die Druckkräfte zu klein sind oder die Viskosität zu groß ist und die Produktprobe selbst schließlich den Auslaßkanal verstopfen kann.

Zur kontinuierlichen Probeentnahme wird der Profil­ verschlußkolben zurückgezogen, so daß er die Auslaß­ öffnung freigibt, während der Ausstoßkolben in seiner ursprünglichen Stellung verbleibt. Während einer kontinuierlichen Probenentnahme besteht die Gefahr, daß insbesondere die Randschichten, die eine erheblich höhere Verweilzeit aufweisen als der Hauptstrom, sich chemisch verändern können und die Probe kontaminiert wird. Eine vollständige Reinigung des kompletten Kanalbereichs ist daher wichtig und kann durch abwechselndes Öffnen und Schließen der beiden Kolbensysteme innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entnahme von Produktproben aus dem Prozeßraum eines Extruders, insbesondere für die Durchführung des vorgenannten Verfahrens, besteht darin,

• - daß das Gehäuse oder ein Gehäusemodul des Extruders einen aus dem Prozeßraum führenden Auslaßkanal auf­ weist, in dem ein Profilverschlußkolben längs der Achse des Auslaßkanals verschiebbar geführt ist, mit dem eine in dem Prozeßraum vorgesehene Auslaßöffnung geöffnet und verschlossen werden kann,
• - und daß ein in dem Gehäuse oder dem Gehäusemodul des Extruders vorgesehener Ausstoßkanal, der mit einem längs der Achse des Ausstoßkanals verschiebbaren Aus­ stoßkolben versehen ist, den Auslaßkanal derart kreuzt, daß der Auslaßkanal von dem Ausstoßkanal durchdrungen wird.

Damit in jedem Falle der gesamte Querschnitt des Aus­ stoßkanals den Auslaßkanal durchdringt, verlaufen zweck­ mäßigerweise die Mittelachse des Auslaßkanals und die Mittelachse des Ausstoßkanals in derselben Ebene.

Falls im Prozeßraum nur kleine Drücke herrschen - oder bei teilgefülltem Zustand des Prozeßraums nur kleine Radialkräfte aufgrund der Querströmung im Schneckenkanal herrschen - ist die geometrische Gestaltung des Auslaßkanals und des Ausstoßkanals von besonderer Bedeutung. Hiervon hängt insbesondere die geometrische Form des Übergangs zwischen Auslaßöffnung und Ausstoßkanal ab. Bei rechteckigen Kanälen ergibt sich ein Übergang mit konstantem Abstand zwischen Austrittsöffnung und Ausstoßkanal. Die Querschnitte des Auslaßkanals und des Ausstoßkanals weisen daher bei diesen Betriebszuständen zweckmäßigerweise eine rechteckige Form oder eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken auf.

In Einsatzzonen mit hohen Drücken sind aus fertigungstechnischen Gründen runde Bohrungen zu bevorzugen. Falls der Ausstoßkolben nicht vom Profilverschlußkolben durchdrungen wird, ist zu empfehlen, daß der Ausstoßkolben den gleichen Durchmesser (bei runden Kanälen) besitzt wie der Auslaßkanal (bzw. dieselbe Breite bei rechteckigen Kanälen). Dadurch kann im Kreuzungsbereich der beiden Kanälen kein Produkt um den Ausstoßkolben herumfließen und diesen unnötig verschmutzen.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere der aus Auslaßkanal und Ausstoßkanal sowie aus Profilverschlußkolben und Ausstoßkolben bestehenden Einrichtungen an unterschiedlichen axialen Positionen des Extruders vorgesehen, um zu beliebigen Zeitpunkten an verschiedenen Stellen längs des Verfahrensteils Produktproben entnehmen zu können.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Kontur des Bodens des Profilverschlußkolbens der Kontur des Prozeßraums angepaßt ist, so daß die Kontur des Prozeßraums im Bereich des Profilverschlußkolbens nicht verändert ist. Es sind somit keine Räume vorhanden, in denen sich Produkt festsetzen könnte.

Um sicherzustellen, daß eine eindeutige saubere Probe gezogen wird, weist der Boden des Ausstoßkolbens eine konkave Form auf. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Kolbenbodens wird der Ausstoßkanal beim Vorschieben des Ausstoßkolbens gereinigt.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist für das Verschieben des Profilverschluß­ kolbens in dem Auslaßkanal und/oder des Ausstoßkolbens in dem Ausstoßkanal ein mechanischer bzw. elektrischer Spindelantrieb, eine hydraulische bzw. pneumatische Verschiebevorrichtung oder eine Hebelvorrichtung vor­ gesehen. Herrscht im Prozeßraum ein hoher Druck, so kann, nachdem eine Produktprobe ausgestoßen wurde und der Ausstoßkolben in seine Ausgangslage zurückgefahren ist, noch bevor der Profilverschlußkolben die Auslaßöffnung des Prozeßraums verschließt und während für kurze Zeit ein freier Durchgang von der Auslaßöffnung über den Kreuzungsbereich von Auslaßkanal und Ausstoßkanal in den Ausstoßkanal vorhanden ist, Produkt in den Ausstoßkanal nachfließen und möglicherweise die nächste Probe verunreinigen. Dies kann durch eine Modifikation der Kanal- und Kolbenausführung vermieden werden, beispielsweise dadurch, daß der Querschnitt des Ausstoßkanals und damit auch der Querschnitt des Ausstoßkolbens größer aus­ geführt ist als derjenige des Auslaßkanals und des Profilverschlußkolbens.

Eine auch insoweit bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,

• - daß im unterem Bereich des Ausstoßkolbens ein Quer­ kanal vorgesehen, dessen Querschnitt dem Querschnitt des Profilverschlußkolbens entspricht, so daß - wenn sich der Querkanal in einer Lage befindet, in der die Mittelachse des Querkanals mit der Mittelachse des Profilverschlußkolbens fluchtet - beim Hindurchführen des Profilverschlußkolbens zum Verschließen der Aus­ laßöffnung des Prozeßraums der Querkanal vollständig von dem Profilverschlußkolben ausgefüllt ist,
• - daß der Querkanal als Produktprobenkammer dient, in die die Produktprobe nach dem Zurückziehen des Profil­ verschlußkolbens gedrückt wird,
• - und daß die Länge des Ausstoßkolbens so bemessen ist, daß nach dem Vorschieben des Ausstoßkolbens der Quer­ kanal sich außerhalb des Extruders bzw. des Gehäuse­ moduls befindet, so daß die Produktprobe aus dem Querkanal entnommen werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann noch dadurch ver­ bessert werden, daß der Ausstoßkolben aus einem Kolben besteht, mit dem ein Verlängerungsteil lösbar verbunden ist, und daß sich der Querkanal in dem Verlängerungsteil befindet, so daß nach dem Vorschieben des Ausstoßkolbens das Verlängerungsteil mit der in dem Querkanal befindlichen Produktprobe von dem Kolben abgetrennt werden kann. Dadurch kann beispielsweise klebriges Produkt zusammen mit dem Verlängerungsteil schneller abgekühlt werden.

Zweckmäßigerweise ist das Verlängerungsteil des Ausstoß­ kolbens mittels einer Schwalbenschwanzführung mit dem Kolben lösbar verbunden.

Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung besteht darin, daß in dem Bereich des Auslaßkanals, in den die Produktprobe gedrückt wird, bzw. in dem Querkanal, Meß- und Analysensensoren angebracht sind, so daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weitere Messungen und Analysen durchgeführt werden können.

Außerdem wird vorgeschlagen, daß im Prozeßraum eines oder mehrerer Gehäusemodule weitere Meß- und Analysesensoren angeordnet sind. Dabei kann die Achse des Auslaßkanals den Mittelpunkt der Gehäusebohrung schneiden oder auch exzentrisch angeordnet sein. Die Achse des Ausstoßkanals kann den Auslaßkanal senkrecht oder auch unter einem Winkel von bis zu 45° schneiden.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Gehäusemodul für eine Gleichdralldoppel­ schnecke im Querschnitt, in geschlossener Stellung;

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Gehäusemodul während der Entnahme einer Produktprobe aus dem Prozeß­ raum;

Fig. 3 das in Fig. 1 dargestellte Gehäusemodul nach dem Ausstoßen der Produktprobe in Freie;

Fig. 4 das in Fig. 1 dargestellte Gehäusemodul, wobei der Profilverschlußkolben und der Ausstoßkolben weggelassen sind;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4 durch einen Abschnitt des Gehäusemoduls, in größerem Maßstab;

Fig. 6 einen der Fig. 5 entsprechenden Schnitt durch einen Abschnitt eines anderen Gehäusemoduls;

Fig. 7 ein weiteres Gehäusemodul für eine Gleichdrall­ doppelschnecke im Querschnitt, in geschlossener Stellung;

Fig. 8 das in Fig. 7 dargestellte Gehäusemodul während der Entnahme einer Produktprobe aus dem Prozeß­ raum;

Fig. 9 das in Fig. 7 dargestellte Gehäusemodul nach dem Ausstoßen der Produktprobe in Freie;

Fig. 10 das in Fig. 7 dargestellte Gehäusemodul, mit abgewandelter Ausbildung des Ausstoßkolbens.

Der in Fig. 1 dargestellte Gehäusemodul 1 mit einem achtförmigen Prozeßraum 2 ist mit einem Auslaßkanal 3 versehen, der durch einen verschiebbaren Profil­ verschlußkolben 4 verschlossen ist. Den Auslaßkanal 3 kreuzt ein Ausstoßkanal 5, in dem ein verschiebbarer Ausstoßkolben 6 angeordnet ist. Die Verschieberichtungen des Profilverschlußkolbens 4 und des Ausstoßkolbens 6 sind durch Doppelpfeile angedeutet.

In der in Fig. 2 dargestellten Situation ist der Profil­ verschlußkolben 4 über den Kreuzungsbereich von Auslaß­ kanal 3 und Ausstoßkanal 5 hinaus zurückgezogen. In dieser Situation kann eine Produktprobe 7 aus dem Pro­ zeßraum 2 des Gehäusemoduls 1 durch die freigegebene Auslaßöffnung 8 in den Kreuzungsbereich von Auslaßkanal 3 und Ausstoßkanal 5 gelangen. Herrscht im Prozeßraum 2 ein Überdruck, so wird ein Teilstrom aufgrund der Druckdifferenz in den Kreuzungsbereich von Auslaßkanal 3 und Ausstoßkanal 5 gedrückt. Herrscht aber im Prozeßraum 2 kein Überdruck, so wird ein Teilstrom durch die radi­ alen Kraftkomponenten, die aufgrund der Querströmung im Schneckenkanal stets vorhanden sind, durch die Aus­ laßöffnung 8 in den Kreuzungsbereich von Auslaßkanal 3 und Ausstoßkanal 5 gelangen. Dabei ist lediglich der Kanalwiderstand für den Abschnitt von der Auslaßöffnung 8 bis zum Kreuzungsbereich von Auslaßkanal 3 und Ausstoßkanal 5 zu überwinden.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, wird - sobald sich eine Produktprobe 7 im Kreuzungsbereich von Auslaßkanal 3 und Ausstoßkanal 5 befindet - der Ausstoßkolben 6 durch den Kreuzungsbereich geschoben, wobei die dort befindliche Produktprobe 7 vom Boden des Ausstoßkolbens 6 erfaßt und durch den Ausstoßkanal 5 hindurch in Freie gedrückt wird.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Gehäusemodul 1 weisen der Auslaßkanal 3 und der Ausstoßkanal 5 einen ferti­ gungstechnisch einfach realisierbaren Querschnitt auf, nämlich einen Kreisquerschnitt. Hierbei ergibt sich ein Übergang vom Auslaßkanal 3 zum Ausstoßkanal 5, dessen Kante die Form einer Ellipse beschreibt. Der Abstand vom Prozeßraum 2 zur Kante des Kreuzungsbereich von Aus­ laßkanal 3 und Ausstoßkanal 5 ist dadurch - wie Fig. 5 zeigt - nicht konstant. Einen konstanten Abstand erhält man aber - wie Fig. 6 zeigt - bei rechtwinkligem Quer­ schnitt von Auslaßkanal 3 und Ausstoßkanal 5.

Durch den Austrag der Produktprobe 7 mittels des Aus­ stoßkolbens 6 werden strömungsinduzierte Veränderungen der Produktprobe 7 minimiert. Der Ausstoßkolben 6 hat nicht nur die Aufgabe, die Produktprobe 7 in kürzester Zeit zu entnehmen, sondern reinigt auch gleichzeitig den Ausstoßkanal 5 von altem Produkt.

Fig. 7 zeigt ein Gehäusemodul 1 mit modifiziertem Aus­ stoßkolben 6. In diesem Falle ist der Ausstoßkolben 6 mit einem Querkanal 9 versehen, dessen Querschnitt dem Querschnitt des Profilverschlußkolbens 4 entspricht. Der Ausstoßkolben 6 wird so positioniert, daß die Mittel­ achse des Querkanals 9 mit der Mittelachse des Auslaß­ kanals 3 fluchtet und der Profilverschlußkolben 4 durch den Querkanal 9 des Ausstoßkolbens 6 hindurch die Auslaßöffnung 8 abschließt. In dieser Stellung wird der Querkanal 9 des Ausstoßkolbens 6 vollständig durch den Profilverschlußkolben 4 ausgefüllt. Beim Zurückziehen des Profilverschlußkolbens 4 über den Kreuzungsbereich von Auslaßkanal 3 und Ausstoßkanal 5 hinaus wird auch das Volumen des Querkanals 9 freigegeben, da er in dieser Stellung - wie Fig. 8 zeigt - Teil des Aus­ stoßkanals 5 ist. Nachdem die Produktprobe 7 in den Auslaßkanal 3 und damit auch in den Querkanal 9, der bei diesem Ausführungsbeispiel die Funktion einer Produktprobenkammer übernimmt, eingedrungen ist, wird der Ausstoßkolben 6 mit der in dem Querkanal 9 befindlichen Produktprobe 7 - wie Fig. 9 zeigt - so weit verschoben, daß sich der Querkanal 9 außerhalb des Gehäusemoduls 1, und damit außerhalb des Extrudergehäuses befindet und die Produktprobe 7 entnommen werden kann. Danach wird der Ausstoßkolben 6 in die in Fig. 7 dargestellte Stellung zurückgeschoben, so daß die Auslaßöffnung wieder verschlossen ist.

Der vorgenannte Schließvorgang kann auch dazu benutzt werden, kleine Stoffmengen, beispielsweise Markierungs­ substanzen für Stofftransportvorgänge, als Impulsmarkie­ rung insbesondere in Druckbereiche des Prozeßraums 2 einzuführen.

Der Ausstoßkolben 6 kann auch - wie in Fig. 10 darge­ stellt ist - aus zwei Teilen bestehen. Hierbei ist einem Kolben 6.1 ein Verlängerungsteil 6.2 mit einem Querkanal 9 aufgesteckt. Das Verlängerungsteil 6.2 kann mit der in dem Querkanal 9 befindlichen Produktprobe 7 nach dem Herausziehen des Ausstoßkolbens 6 von dem Kolben 6.1 abgetrennt werden. Dadurch wird ermöglicht, klebriges Produkt zusammen mit dem Verlängerungsteil 6.2 schneller abzukühlen. Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausstoß­ kolben 6 ist das Verlängerungsteil 6.2 durch eine Schwalbenschwanzführung 10 mit dem Kolben 6.1 lösbar verbunden. Es können jedoch auch andere lösbare Ver­ bindungssysteme verwendet werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Entnahme von Produktproben aus dem Prozeßraum eines Extruders, dadurch gekennzeichnet,

• 1.1 daß ein in dem Gehäuse oder in einem Gehäuse­ modul (1) des Extruders vorgesehener, von dem Prozeßraum (2) ins Freie führender Auslaßkanal (3) durch Zurückschieben eines längs der Achse des Auslaßkanals (3) verschiebbaren Profil­ verschlußkolbens (4) geöffnet wird, so daß eine Produktprobe (7) durch eine in dem Prozeßraum (2) vorgesehene Auslaßöffnung (8) in den Auslaß­ kanal (3) gedrückt wird,
• 1.2 und daß sodann mittels eines Ausstoßkolbens (6), der in einem den Auslaßkanal (3) kreuzenden Aus­ stoßkanal (5) geführt ist, die Produktprobe (7) ins Freie gedrückt wird.

2. Vorrichtung zur Entnahme von Produktproben aus dem Prozeßraum eines Extruders, insbesondere für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• 2.1 daß das Gehäuse oder ein Gehäusemodul (1) des Extruders einen aus dem Prozeßraum (2) führenden Auslaßkanal (3) aufweist, in dem ein Profil­ verschlußkolben (4) längs der Achse des Auslaß­ kanals (3) verschiebbar geführt ist, mit dem eine in dem Prozeßraum (2) vorgesehene Auslaß­ öffnung (8) geöffnet und verschlossen werden kann,
• 2.2 und daß ein in dem Gehäuse oder dem Gehäuse­ modul (1) des Extruders vorgesehener Ausstoß­ kanal (5), der mit einem längs der Achse des Ausstoßkanals (5) verschiebbaren Ausstoßkolben (6) versehen ist, den Auslaßkanal (3) derart kreuzt, daß der Auslaßkanal (3) von dem Ausstoß­ kanal (5) durchdrungen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse des Auslaßkanals (3) und die Mittelachse des Ausstoßkanals (5) in derselben Ebene verlaufen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere der aus Auslaßkanal (3) und Ausstoßkanal (5) sowie aus Profilverschlußkolben (4) und Ausstoßkolben (6) bestehenden Einrichtungen an unterschiedlichen axialen Positionen des Extruders vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontur des Bodens des Profil­ verschlußkolbens (4) der Kontur des Prozeßraums (2) angepaßt ist, so daß die Kontur des Prozeßraums (2) im Bereich des Profilverschlußkolbens (4) nicht ver­ ändert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Ausstoß­ kolbens (6) eine konkave Form aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verschieben des Profilverschlußkolbens (4) in dem Auslaßkanal (3) und/oder des Ausstoßkolbens (6) in dem Ausstoßkanal (5) ein mechanischer bzw. elektrischer Spindel­ antrieb, eine hydraulische bzw. pneumatische Ver­ schiebevorrichtung oder eine Hebelvorrichtung vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• 8.1 daß im unterem Bereich des Ausstoßkolbens (6) ein Querkanal (9) vorgesehen ist, dessen Quer­ schnitt dem Querschnitt des Profilverschluß­ kolbens (4) entspricht, so daß - wenn sich der Querkanal (9) in einer Lage befindet, in der die Mittelachse des Querkanal (9) mit der Mittel­ achse des Profilverschlußkolbens (4) fluchtet - beim Hindurchführen des Profilverschlußkolbens (4) zum Verschließen der Auslaßöffnung (8) des Prozeßraums (2) der Querkanal (9) vollständig von dem Profilverschlußkolben (4) ausgefüllt ist,
• 8.2 daß der Querkanal (9) als Produktprobenkammer dient, in die die Produktprobe (7) nach dem Zurückziehen des Profilverschlußkolbens (4) ge­ drückt wird,
• 8.3 und daß die Länge des Ausstoßkolbens (6) so be­ messen ist, daß nach dem Vorschieben des Aus­ stoßkolbens (6) der Querkanal (9) sich außerhalb des Extruders bzw. des Gehäusemoduls (1) befin­ det, so daß die Produktprobe (7) aus dem Quer­ kanal (9) entnommen werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoßkolben (6) aus einem Kolben (6.1) besteht, mit dem ein Verlängerungsteil (6.2) lösbar verbunden ist, und daß sich der Querkanal (9) in dem Verlängerungsteil (6.2) befindet, so daß nach dem Vorschieben des Ausstoßkolbens (6) das Verlänge­ rungsteil (6.2) mit der in dem Querkanal (9) befindlichen Produktprobe (7) von dem Kolben (6.1) abgetrennt werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlängerungsteil (6.2) des Ausstoßkolbens (6) beispielsweise mittels einer Schwalbenschwanzführung (10) mit dem Kolben (6.1) lösbar verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich des Aus­ laßkanals (3), in den die Produktprobe (7) gedrückt wird, bzw. in dem Querkanal (9), Meß- und Analysen­ sensoren angebracht sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Prozeßraum (2) eines oder mehrerer Gehäusemodule weitere Meß- und Analysesensoren angeordnet sind.